Ett internationellt team av forskare från Peter den store St. Petersburg Polytechnic University (SPbPU), Leibniz University Hannover (Leibniz Universität Hannover) och Ioffe Institute rapporterar ett sätt att förbättra nanokompositmaterial, öppna nya möjligheter inom industrin. Studien, med titeln "Mekanismen för generering av laddningsbärare vid TiO ₂ —n-Si heterojunction aktiverad av guldnanopartiklar, " publiceras i Halvledarvetenskap och teknologi .

Studien är tillägnad en sammansatt halvledare baserad på titandioxid. Dess tillämpningar studeras brett av forskare över hela världen. Men de processer som äger rum i detta material är mycket komplexa. Därför, att använda halvledaren mer effektivt, det är nödvändigt att säkerställa att energin som är innesluten mellan dess lager kan frigöras och överföras.

Inom ramen för experimenten, forskarna föreslår en kvalitativ modell för att förklara de komplexa processerna. De använde ett kompositmaterial bestående av en kiselskiva (standard kiselskiva som används i elektroniska enheter), guld nanopartiklar och ett tunt lager titandioxid. Under experimentet för att överföra energin inuti materialet, forskarna hade för avsikt att isolera nanopartiklar från kisel. Om nanopartiklar inte isoleras från kiselskivan, då kan energin inte överföras till kislet eller till titandioxiden, leder till energiförlust.

"Det erhållna materialet var en kiselwafer med pelarliknande strukturer som växte på dess yta. Det användes som ett substrat för provet. Guldnanopartiklar var placerade ovanpå dessa pelare och hela strukturen var belagd med titanoxid. Således, nanopartiklar kom endast i kontakt med titandioxid, och isolerades samtidigt från kisel. Antalet gränser mellan lagren minskade, och vi försökte beskriva processerna i materialet. Dessutom, vi antog att denna struktur skulle öka effektiviteten av att använda energin från ljus som lyser upp ytan på vårt material, " säger Dr Maxim Mishin, professor i fysik, Kemi, och Technology of Microsystems Equipment Department of SPbPU.

I St. Petersburg, en internationell forskargrupp etablerade en modell för en ny struktur, sedan skapades huvuddelen av strukturen i Hannover:en kiselwafer med pelare och guldnanopartiklar placerade ovanpå.

Experimentet utfördes enligt följande. Först, wafern oxiderades, d.v.s. det var täckt med ett lager av substratet, och guldnanopartiklar lades ovanpå den. "Efter det, vi stod inför nästa uppgift:att skapa pelare och att utföra etsningen av substratet så att det blir kvar under partiklarna och inte och mellan dem. Med tanke på att vi har att göra med nanoskalan - diametern på guldnanopartiklar är cirka 10 nanometer, och höjden på pelaren är 80 nanometer – det här är inte en trivial uppgift. Utvecklingen av modern nanoelektronik gör det möjligt att använda de så kallade "torra" etsningsmetoderna som reaktiv jonetsning, " tillägger Dr Marc Christopher Wurz från Institutet för mikroproduktionsteknologi vid Leibniz University Hannover.

Enligt forskare, processen var inte snabb. I de första stadierna av experimentet, medan du använder jonetsningen, alla guld nanopartiklar demolerades helt enkelt från den oxiderade skivan. Under loppet av en vecka, forskarna valde parametrarna för att etsa plasmasystem, så att guldnanopartiklarna blev kvar på ytan. Hela experimentet genomfördes inom 10 dagar.

Detta vetenskapliga projekt pågår. Forskarna rapporterar att detta nanokompositmaterial kan användas i optiska enheter som arbetar i det synliga ljusspektrumet. Dessutom, det kan användas som en katalysator för att producera väte från vatten, eller att rena vatten genom att stimulera nedbrytningen av komplexa molekyler. Dessutom, detta material kan vara användbart som en del av en sensor som upptäcker gasläckor eller ökad koncentration av skadliga ämnen i luften.